橡胶沥青路面的结构类型及应用

赵 评 宏

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

橡胶沥青路面的结构类型及应用

赵 评 宏

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

论述了橡胶沥青的两种生产工艺，分析了橡胶沥青具有的技术优势，介绍了橡胶沥青应用于路面的主要结构类型，并对断级配橡胶沥青混凝土、橡胶沥青玛脂碎石、橡胶沥青应力吸收层的特性进行了探讨，提出了完善橡胶沥青性能的研究方向。

橡胶沥青，结构类型，路面工程

0 引言

近年来，我国经济快速发展，汽车保有量迅猛增长。到2013年，我国汽车保有量已达到1.37亿辆，但也带来了废旧轮胎处治的难题。据统计，2010年，我国的废旧轮胎产生量为2.5亿条，且还以每年8%～10%的速度递增，大量的废旧轮胎堆积造成环境污染，成为“黑色污染”源。如何科学有效的回收利用，防止对环境造成的污染，是我国再生资源回收利用面临的一个新课题。

按照国外的处治废旧轮胎的先进经验，利用废旧轮胎胶粉修筑沥青路面是一个科学有效的处治方法。将废旧轮胎胶粉配制成橡胶沥青，应用于路面应力吸收层铺筑，或者铺筑橡胶沥青路面，不仅减少了环境污染，减少资源消耗，而且符合循环经济，绿色施工的要求，具有重要的社会和经济意义。

1 橡胶沥青的生产

橡胶沥青(英文名：Asphalt Rubber，缩写为AR)，由沥青、回收轮胎橡胶及矿料等组成的混合料。其中，胶粉含量不少于总重的15%，要求橡胶颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。

自20世纪60年代橡胶沥青问世起，就广泛应用于旧路改造，积累了大量SAM和SAMI的典型路面结构设计方法和成功经验，是国际上公认的一种防止旧路反射裂缝的最有效措施。

橡胶沥青生产分为湿法工艺(橡胶沥青混凝土)和干法工艺(橡胶粉沥青混凝土)两种。

湿法工艺(wet process)，是先将废胎胶粉或颗粒与沥青混炼成橡胶沥青，然后作为粘结剂再与矿料拌合。在该法中，橡胶粉在高温条件下充分溶胀，胶粉发生部分脱硫、降解，恢复一定生胶性质，对沥青具有增粘和改性作用，将其替代常规改性沥青使用。

干法工艺(dry process)，是橡胶粉与集料先行拌合共混后再喷入沥青拌制混合料。在该法中，橡胶对沥青没有改性作用，但能大量的消耗废轮胎。

两者的区别在于：1)胶粉用量。采用干法的橡胶粉用量是湿法的2倍～4倍。2)胶粉添加成本。在干法中，橡胶粉添加方法简单，胶粉只需要从矿料口进入即可。采用湿法时，橡胶粉要先与沥青共混反应，预加工和储存，使用成本高。3)干法使用的胶粉一般要比湿法的胶粉粗。

这两种沥青混凝土都具有良好的抗疲劳性能和抗老化性能。但由于生产方式不同，在性能上，干法生产的橡胶沥青具有的抗高温性能要比湿法的优越，但是其低温抗裂性能和水稳定性则不如湿法。

2 橡胶沥青的技术优势

橡胶沥青混凝土解决了普通沥青路面容易渗水、损毁路基的难题，并具有良好的抗高温、抗老化性。将其应用于路面工程，具有如下优势：

1)显著降低路面噪声。橡胶(粉)沥青具有高弹性能，可显著降低行车噪声，是一种典型的“安静路面”。同时，加大了与轮胎的摩擦力，提高了行车的舒适性和安全性。表1是美国一些州使用橡胶沥青路面，与一般沥青混凝土相比较的减噪效果。

表1 橡胶沥青路面的减噪效果

2)延缓反射裂缝扩展。将橡胶(粉)沥青混凝土用于旧路改建，橡胶沥青薄膜对防止和减少沥青路面反射裂缝效果明显,能大大延长路面裂缝的反射时间，有效减少路面反射裂缝。图1是某路面使用橡胶沥青进行处治五年后的钻芯，可以看出橡胶沥青良好的抗裂缝能力。

3)降低工程成本。大量的工程实践表明，在相同的使用效果下，使用橡胶沥青可减薄沥青路面厚度。研究发现，与普通沥青路面相比，使用橡胶沥青的路面厚度可减薄超过50%。当使用橡胶粉改性沥青应用于应力吸收中间层时，厚度还可以进一步减薄。

4)抵抗重交通和不良气候。橡胶粉体积膨胀，在沥青中形成三维空间网络结构，体现出高粘度、高弹性的特征性能。将其应用于路面磨耗层,可有效提高路面的抗疲劳性能，同时，良好的高低温稳定性，可确保路面的整体承载能力。

3 橡胶沥青路面的主要结构类型

在我国，橡胶沥青主要应用于应力吸收层(见图2a))、应力吸收中间层(见图2b))、碎石封层(CHIP SEAL)、路面防水材料(TACK COAT)和填缝料等。

橡胶沥青比较粘稠，粘附性好，集料表面的沥青膜较厚，用量大了反而会对混合料的热稳性产生不利影响。因此，适用于矿料间隙率(VMA)比较大的间断级配混合料，密级配混合料则不适宜。在我国，主要有AR-AC-13(断级配橡胶沥青混合料)、AR-SMA-13(橡胶沥青玛脂碎石)和AR-SAMI(橡胶沥青应力吸收层)三种使用方式。

3.1 断级配橡胶沥青混凝土(AR-AC-13)

在断级配橡胶沥青路面中，一般使用较粗的橡胶粉(如20目)；粗集料含量较高，达到70%利于路面骨架的形成；少用或不用矿粉；橡胶沥青用量为7.5%～8.5%；空隙率为4.5%～6.5%的密实结构；动稳定度达3 500次/mm。

在断级配橡胶沥青路面的粗料比例高，路面粗糙，抗滑性好。由于使用较粗的胶粉，使用的胶粉成本低。橡胶沥青用量大，使得路面具有良好的低温抗裂性和耐疲劳性能。

但由于不用或少用矿粉，且VMA大，依靠橡胶沥青结合料填充空隙，致使结合料用量高，影响路面的高温稳定性，也使成本提高。橡胶粉由于掺量高，使得沥青粘度增大，增加了拌和和摊铺难度。

主要适用于城市快速干道、机场高速公路、中轻交通道路和一级以下公路。

在我国，很多省市修筑了采用SBS改性沥青铺筑的SMA路面。研究发现，采用橡胶沥青取代SBS改性沥青，可有效降低工程成本。橡胶沥青玛脂碎石路面的特点在于：使用相对较细的橡胶粉(一般为40目～60目)；粗集料用量高达70%；使用的矿粉用量在10%左右；橡胶沥青用量比常规使用多0.5%；是一种骨架密实结构，路用性能优越。

该种路面的优点是：具有良好的高温稳定性和耐疲劳性能；低温抗裂性优越，承载能力大；沥青用量相对较少；可以不使用纤维，相对降低工程成本。但该种路面对集料和路面设计要求较高。

橡胶沥青SMA路面具有良好的纹理构造，不渗水，路用性能优越。采用橡胶沥青完全可以取代SBS改性沥青，用于高速公路、一级公路和城市干道，特别适用于重交通道路。

3.3 橡胶沥青应力吸收层(AR-SAMI)

采用橡胶沥青碎石封层路面，该种路面的特点在于：使用较粗

的橡胶粉(20目)；胶粉含量较高，一般达到25%～30%(外掺)；橡胶沥青制备的温度很高，约200 ℃；需要使用专门的设备进行喷洒。

该种路面主要适用于：1)水泥混凝土路面改造时，铺设在表面，作为应力吸收层，防止反射裂缝；2)高速公路半刚性基层的封层，增强抗反射裂缝的能力；3)用作混凝土桥面的防水粘结层；4)作为低等级道路的沥青面层，相当于表面处治路面。

4 干法橡胶沥青混合料

采用干法工艺进行橡胶沥青制备，能大量消耗废轮胎，工艺简单，且无需添加设备。采用该法进行路面应用的，一般是用于铺筑降噪沥青路面，橡胶颗粒作为集料空隙的填充料。

采用该法进行路面设计，使用橡胶颗粒的目的在于消耗废旧轮胎，解决废轮胎处置问题。同时，改善路面功能，提高沥青路面的弹性与阻尼性质，达到降低交通噪声的目的。

在该种路面中，橡胶颗粒宜粗不宜细，掺量宜多不宜少，具体标准和设计通过实验合理确定。

该路面结构对配合比设计等要求较高，否则，路面容易松散。所以，干法橡胶沥青路面的关键是要防止出现路面松散。因此，进行质量控制的关键在于：橡胶沥青混合料形成骨架密实结构；集料级配必须采用完全断级配；采用粘度较高的沥青材料以形成较强的粘聚力；橡胶颗粒最好加以预处理。

5 结语

橡胶沥青路面是一种新型的路面铺筑材料，充分利用废旧橡胶，绿色环保。且高温性能、疲劳性能、耐老化等性能优越。将其应用于公路路面，对拓展我国公路路面施工新材料、新技术发展具有广阔的前景。橡胶沥青的缺陷在于粘附性较普通沥青差，抗水损害性能较差。

在我国，橡胶沥青路面还处于起步阶段，需要不断总结创新，以不断提高和发展，改善提高橡胶沥青的性能。在橡胶沥青路面应用中，必须注重以下方面的研究和改善：

1)研究与应用在橡胶沥青中添加外掺剂，如维他联结剂(TOR)、改性沥青和天然沥青等，以提高混合料粘聚力。

2)橡胶沥青施工温度很高，研究温拌技术，降低施工温度，降低能源消耗，减少烟雾排放。

3)解决干法橡胶沥青混合料压实困难，强度不高，成型后容易发生膨胀的问题。

4)从国家层面上，制定和完善橡胶沥青的技术标准与规范。

[1] 陈际江.橡胶沥青路面主要结构类型与工程应用.山东大山路桥工程有限公司，2005.

[2] 吕伟民.橡胶沥青路面主要结构类型与工程应用.筑路机械与施工机械化，2009(10)：72-73.

[3] 朱 峰.黑龙江省改性沥青应用性能研究.黑龙江交通科技，2007(6)：45-46.

The structure type and application of rubber asphalt pavement

Zhao Pinghong

(ShanxiJinzhongRoad&BridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper discussed two kinds of production technology of rubber asphalt, analyzed the technical advantages of rubber asphalt, introduced the main structure types of rubber asphalt applied in pavement, and discussed the characteristics of gap gradation rubber asphalt concrete, rubber asphalt stone mastic, rubber asphalt stress absorbing layer, put forward the research direction improvement of rubber asphalt performance.

rubber asphalt, structure type, pavement engineering

2015-09-12

赵评宏(1974- )，男，工程师

1009-6825(2015)33-0159-02

U416.217

A